Dạng hư hỏng thường gặp nhất trong hệ thống thủy lực là hao mũn. Với cỏc nguyờn nhõn chớnh là mài mũn cỏc bề mặt tiếp xỳc, mỏi, gỉ hoặc là do húa già. Dưới cỏc ủiều kiện làm việc xỏc ủịnh sẽ dẫn ủến làm thay ủổi tớnh chất hao mũn theo thời gian do hoạt ủộng quỏ tải. Vật liệu và ủiều kiện sử dụng sẽ quyết ủịnh tớnh chất và loại hao mũn. Trong hệ thống thủy lực cỏc bơm, ủộng cơ cú tớnh chất hư hỏng ủặc trưng là hao mũn. Cú thể biểu diễn phõn loại và ủiều kiện hư hỏng của cỏc phần tử của hệ thống theo hỡnh 2.1.
Hỡnh 2.1. Loại hư hỏng trong hệ thống thủy lực
ðể ủỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật cần phõn biệt 2 quan ủiểm: - Phõn tớch cỏc số liệu hư hỏng
- Phõn tớch quỏ trỡnh hư hỏng theo thời gian
Trường hợp thứ nhất ớt ủược người sử dụng quan tõm ủến bởi người ta chỉ cần cỏc biểu hiện cụ thể của một ủối tượng riờng biệt và cỏc giỏ trị trung bỡnh khụng phự hợp. Ngược lại cỏc nhà sản xuất cỏc phần tử thủy lực lại rất
Hư hỏng
Quỏ tải Hao mũn
quan tõm ủến cỏc số liệu hư hỏng ủể cú cỏi nhỡn tổng thể về tớnh chất hư hỏng của cỏc nhúm cấu trỳc ( hỡnh 2.2).
Hỡnh 2.2. Tớnh chất hư hỏng của ủối tượng
Cơ sở ủể ủỏnh giỏ số liệu hư hỏng dựa trờn phương phỏp thống kờ toỏn học cú thể tham khảo bảng phõn loại hư hỏng và cỏc thụng số ủặc trưng của ủộ tin cậy dưới ủõy.
Bảng 2.1. Loại hư hỏng và dạng phõn bố toỏn học
Loại hư hỏng Hàm phõn bố
Mài mũn Phõn bố chuẩn, phõn bố Weibull Gỉ Phõn bố chuẩn
Mỏi Phõn bố chuẩn logarit, phõn bố Weibull Hư hỏng ngẫu nhiờn Phõn bố hàm mũ
Hư hỏng sớm Phõn bố chuẩn logarit
Hư hỏng hỗn hợp Phõn bố chuẩn, phõn bố Weibull, phõn bố hàm mũ
Hư hỏng sớm Hmuư hộỏn ng S t Hư hỏng ngẫu nhiờn M ứ c ủ ộ h ư h ỏ ng Thời gian sử dụng
Bảng 2.2 Cỏc quan hệ cơ bản ủể xỏc ủịnh cỏc thụng sốủộ tin cậy
Thụng số Lý thuyết Thực nghiệm
Mật ủộ phõn bố thời ủiểm hư hỏng
Xỏc suất qua khỏi
Xỏc suất hư hỏng ðộ hư hỏng
Thời gian trung bỡnh ủến hư hỏng ủầu tiờn
Trong ủú: No – số phần tử hỏng
N(t) – số cỏc phần tử ủến thời ủiểm hư hỏng n – số phần tử quan sỏt
n(t) – số phần tử quan sỏt ủến thời ủiểm t
Hỡnh 2.3. Quan hệ của cỏc thụng sốủặc trưng với thời gian sử dụng R(t) f(t) α(t) t R(t) f(t) α (t)
ðối với người sử dụng truyền ủộng thủy lực, ủiều quan tõm nhất là nhận biết ủược trạng thỏi hư hỏng của cỏc nhúm cấu trỳc cơ bản. Quỏ trỡnh thường ủược mụ tả bằng một ủường cong phụ thuộc thời gian ( hỡnh 2.4). Tăng hao mũn do mài mũn trong cỏc nhúm cấu trỳc thủy lực chuyển ủộng quay thường thể hiện qua lưu lượng dầu lọt phụ thuộc chế ủộ làm việc ( hỡnh 2.5).
Hình 2.4. Quan hệ hao mòn theo thời gian
Hình2.5. Các yếu tố ảnh h−ởng đến l−u l−ợng lọt dầu
ðể ủỏnh giỏ nhúm cấu trỳc thủy lực cú nhiều cặp bề mặt mài mũn, thuận lợi nhất là lựa chọn cỏc cặp lắp ghộp ủặc trưng, tiờu biểu nhất cho việc sử dụng cú hiệu quả của nhúm cấu trỳc ủú. Thụng số ủặc trưng cơ bản ủối với nhúm cấu trỳc thủy lực là hiệu suất thể tớch. Nếu ở ủõy sử dụng giỏ trị ủo tuyệt ủối thỡ việc biểu diễn kết quả chỉ cú thể quy dẫn và so sỏnh ủược khi tiến hành ủo trong cựng một ủiều kiện hoạt ủộng ( ỏp xuất, tần số quay, ủộ nhớt dầu ). Do cỏc yờu cầu trờn chỉ cú thể giữ ủược trong phũng thớ nghiệm nờn người ta ủưa ra một khỏi niệm gọi là trạng thỏi hư hỏng S, là tỉ lệ giữa lưu lượng lọt dũng ngoài của nhúm cấu trỳc mới và ủó bị mài mũn. Thụng số khụng thứ nguyờn S biểu diễn trạng thỏi kỹ thuật của ủối tượng khụng phụ thuộc vào chế ủộ làm việc của nú. Nếu coi trạng thỏi hư hỏng là hàm số của
t Hao mòn Thời gian sử dụng Nguy cơ h− hỏng Chạy rà Sử dụng bình th−ờng Nhiệt độ dầu n=const p=const T Mài mòn L−u l−ợng lọt QL Đd mài mòn
thời gian sử dụng thỡ cú thể biểu diễn quỏ trỡnh hư hỏng là quỏ trỡnh thay ủổi trạng thỏi ( hỡnh 2.6).
Trạng thỏi giới hạn là giỏ trị ủược xỏc ủịnh theo quan ủiểm kỹ thuật ( giới hạn hao mũn ) hoặc quan ủiểm kinh tế ( tăng chi phớ năng lượng, tăng chi phớ hoạt ủộng, khả năng sửa chữa ... ) của người sử dụng.
Từ giỏ trị trước khi ủạt ủến trạng thỏi giới hạn cú thể dự bỏo tuổi thọ cũn lại của ủối tượng chẩn ủoỏn.
Trạng thỏi hư hỏng ủược xỏc ủịnh theo cụng thức:
(2.1)
Trong ủú: QL1 – Lưu lượng lọt của nhúm cấu trỳc mới tại chế ủộ làm việc xỏc ủịnh;
QLX: - lưu lượng lọt của nhúm cấu trỳc ủó mũn tại chế ủộ làm việc xỏc ủịnh.
Từ kết quả nhận ủược cú thể ủưa ra cỏc biện phỏp cần thiết ủể làm tăng ủộ tin cậy và tối ưu húa cụng tỏc bảo trỡ hệ thống thủy lực.
Hình 2.6. Quá trình thay đổi trạng thái S
t
A-Trạng thái giới hạn
2.2. Cỏc phương phỏp chẩn ủoỏn
Khi chẩn ủoỏn cỏc hệ thống thủy lực cú thể sử dụng cỏc thụng số sau Hệ số cung cấp của bơm thủy lực, hiệu suất thể tớch của ủộng cơ thủy lực và xy lanh thủy lực, trị số tương ủối của ỏp xuất xung, cỏc thụng số của quỏ trỡnh quỏ ủộ trong cỏc hệ thống thủy lực, thớ dụ thời gian xỏc lập ỏp xuất (ms), cỏc thụng số dao ủộng õm thanh (dB), Mức ồn trong phần phổ siờu õm (dB), loại thuần nhất của mụi chất ( ủộ phõn tỏn thành phần ).
CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN BIẾT HƯ HỎNG
Trờn hỡnh 2-7 biểu diễn phõn loại phương phỏp chẩn ủoỏn cỏc hệ thống thủy lực trờn ụtụ mỏy kộo và mỏy múc xõy dựng, làm ủường.
Tớnh hiệu quả của cỏc phương phỏp phụ thuộc vào phương phỏp ủặt tải của hệ thống thủy lực trong thời gian chẩn ủoỏn và cũng ủược ủỏnh giỏ bằng mức ủộ cần thiết phải thỏo hệ thống thủy lực ủể lắp ủặt cỏc cảm biến, do ủú dấu hiệu này ủược lấy ủể phõn loại.
Tớnh hiệu quả của cỏc phương phỏp phụ thuộc vào phương phỏp ủặt tải của hệ thống thủy lực trong thời gian chẩn ủoỏn và cũng ủược ủỏnh giỏ bằng mức ủộ cần thiết phải thỏo hệ thống thủy lực ủể lắp ủặt cỏc cảm biến, do ủú dấu hiệu này ủược lấy ủể phõn loại.
2.2.1. Phương phỏp cỏc thụng số tĩnh học
Phương phỏp này dựa trờn cơ sở cỏc thụng số về dũng mụi chất ủược tiết lưu ( thớ dụ lượng cung cấp Qo , Qn ) tương ứng với hai giỏ trị của ỏp suất po và pn ( trong ủú po và pn là cỏc giỏ trị ỏp suất cực ủại và cực tiểu ) tại tần số quay khụng ủổi của trục bơm và nhiệt ủộ mụi chất khụng ủổi.
Trờn hỡnh 2.8a biểu diễn bằng ủồ thị phương phỏp xỏc ủịnh cỏc thụng số chẩn ủoỏn – hệ số cung cấp KQ của bơm thủy lực khụng ủiều chỉnh ủược bằng phương phỏp cỏc thụng số tĩnh học.
a b c
a : bơm khụng ủiều chỉnh; b : khi ủặt tải lờn một nhỏnh của bơm hai nhỏnh ủiều chỉnh ủược; c :Khi ủặt tải lờn cả hai nhỏnh của bơm hai nhỏnh ủiều chỉnh ủược
1 – ủường cong ủiều chỉnh của bơm chẩn ủoỏn; 2 – ủường cong ủiều chỉnh của bơm mới; 3 – ủường cong ủiều chỉnh lý thuyết của bơm mới; 4,5,6 – cỏc ủiểm ủo cụng suất trờn cỏc ủường cong ủiều chỉnh ; po – ỏp suất cực tiểu cú thể ; pn – ỏp suất danh nghĩa ; p’o – ỏp suất cực tiểu cú thể của một nhỏnh bơm ; p’n – giỏ trị trờn của ỏp suất trong một nhỏnh khi ủo lượng cung cấp Q ; Qo – lượng cung cấp trong một nhỏnh bơm tại ỏp suất cực tiểu cú thể p’o ; Qn – lượng cung cấp tại ỏp suất danh nghĩa pn ; QnH – lượng cung cấp của một nhỏnh bơm mới ở ỏp suất ∑pn ; Q4,Q5,Q6 – lượng cung cấp của bơm chẩn ủoỏn tại cỏc ủiểm 4,5,6
Do sức cản trong hệ thống thủy lực nờn trong hệ thống cú ỏp suất cực tiểu cú thể po, khi ủú ủo ủược lượng cung cấp Qo. ỏp suất Po cú thể bằng 5- 20% ỏp suất danh nghĩa pn .Nếu loại bỏ sai số hệ thống khi xỏc ủịnh KQ cú thể ủược tớnh theo cụng thức:
KQ = Qn ( pn – po) / ( Qopn – Qnpo ) (2.2) Nếu tần số quay của trục bơm khi ủo thay ủổi cú thể tớnh theo tỷ lệ: Q = Qinn / ni (2.3)
Trong ủú Qi – lượng cung cấp khi ủo ; nn – tần số quay danh nghĩa của trục bơm; ni- tần số quay của trục bơm khi ủo lượng cung cấp.
Việc chuẩn ủoỏn bơm hai nhỏnh ủiều chỉnh ủược cú thể ủược thực hiện bằng hai phương phỏp. Tương ứng với phương phỏp thứ nhất ( hỡnh 2.8b ) việc giảm lượng cung cấp nhỏnh bơm chẩn ủoỏn tại ấp suất ∑p = p’ + p’’ ( trong ủú p’ và p’’ là ỏp suất trong nhỏnh thứ nhất và nhỏnh thứ hai ) ủược thực hiện bằng ngoại suy khi ủo lượng cungcấp Q’ tại ỏp suất p’ . ỏp suất p’ cần phải thấp hơn 5-10% so với ỏp suất tương ứng khi bộ ủiều chỉnh cụng suất bơm bắt ủầu làm việc. Khi ủú hệ số cung cấp sẽ là :
K Q = Qn ∑pn / ( Q.p ) (2.4)
ðể thực hiện phương phỏp chẩn ủoỏn thứ hai cả hai nhỏnh bơm ủược tiết lưu một cỏch ủồng bộ , ủảm bảo sự làm việc của bộ ủiều chỉnh cụng suất tổng trong tất cả cỏc khoảng ủiều chỉnh. Khi ủú ủược lượng cung cấp Q’n hệ số cung cấp bơm sẽ là:
KQ = 0,96 Qn / QnH (2.5) Trong ủú QnH – lượng cung cấp của một nhỏnh bơm mới chưa mũn tại sỏp suất ∑pn ( hỡnh 2.8c )
Hình 2.9. Sơ đồ mắc bộ thiết bị để chẩn đoán hệ thống thuỷ lực. a. Sơ đồ mắc nối tiếp; b. Sơ đồ mạch rẽ; c. Sơ đồ chẩn đoán hộp phân phối;
b. d. Sơ đồ chẩn đoán xy lanh lực; e. Sơ đồ T.
1- Bơm thuỷ lực; 2- Van an toàn; 3- Bộ thiết bị; 4- Hộp phân phối; 5- Xy lanh lực; 6- Thùng dầu; 7- Đầu nối đặt trong hệ thống thuỷ lực
Kiểm tra và ủiều chỉnh bộ ủiều chỉnh bằng cỏch so sỏnh trờn 3 ủiểm của ủường ủặc tớnh cụng suất dẫn ủộng hoặc cụng suất thủy lực. Giỏ trị cụng suất, ủo ủược trờn cỏc ủiểm này cần phải sai lệch khụng lớn hơn 3%.
Việc ủo trong chẩn ủoỏn cỏc hệ thống thủy lực bằng phương phỏp cỏc thụng số tĩnh học ủược thực hiện nhờ cỏc thiết bị ủo lưu lượng, manomet, termomet và bộ tiết lưu ủiều chỉnh ủược.
Khi chẩn ủoỏn bơm thủy lực thường ứng dụng sơ ủồ mắc nối tiếp ( hỡnh 2.9a ). Bộ thiết bị ủược mắc giữa bơm và van hành trỡnh ( trờn hộp phõn phối), ủầu tiờn xỏc ủịnh ỏp suất tỏc ủộng của van an toàn và nếu cần thiết sẽ ủiều chỉnh.
Nếu do sức cản bổ sung mà trong mạch ủầu ra khụng ủạt ủược ủủ ỏp suất dầu ( p < 0,05 – 0,2 pn ), người ta sử dụng sơ ủồ mạch rẽ ( hỡnh 2.9b ), nối ủầu ra của thiết bị trực tiếp trở về thựng.
ðể chẩn ủoỏn hộp phõn phối bộ thiết bị ủo ủược mắc ủến ủầu ra của nhỏnh chẩn ủoỏn trờn hộp phõn phối. ( Hỡnh 2.9c ). Trờn ủầu ra của nhỏnh hộp phõn phối bắt ủầu ủo lượng cung cấp Q0p tại ỏp suất cực tiểu po, sau ủú là Qpn
tại ỏp suất danh nghĩa pn. Hao tổn lưu lượng ( giỏ trị danh nghĩa cho trong cỏc tài liệu kỹ thuật ) ủối với mỗi nhỏnh van :
∆Q = Qo ( 1 – Qop Qn ) / ( Qnp Qo ) (2.6) Trong ủú Qo và Qn là lượng cung cấp ủo khi chẩn ủoỏn bơm.
Khi chẩn ủoỏn xylanh lực bộ thiết bị ủược mắc theo sơ ủồ biểu diễn trờn hỡnh 2.9d.
Khi gài một vài lần hộp phõn phối, người ta ủo lưu lượng, ỏp suất và thời gian mỗi hành trỡnh toàn phần của thõn piston. Nếu giỏ trị lượng cung cấp tương ứng với danh nghĩa, mà tốc ủộ dịch chuyển của cần piston nhỏ hơn giỏ trị trung bỡnh thỡ ủiều ủú núi lờn rằng cú lọt dầu trong xylanh do mũn phần tử
làm kớn. Nếu lượng cung cấp nhỏ hơn giỏ trị danh nghĩa thỡ cú hao tổn lớn trong hộp phõn phối.
ðể tỡm nhanh những trục trặc và ủỏnh giỏ ủịnh tớnh trạng thỏi kỹ thuật của cỏc phần tử lắp rỏp của hệ thống thủy lực ( hỡnh 2.9 e ) cú thể sử dụng sơ ủồ T, trong ủú bộ thiết bị thử ủược mắc song song trong hệ thống qua ủầu cắm chờ trong hệ thống.
Nhờ sơ ủồ này cú thể sử dụng cỏc phương phỏp chẩn ủoỏn nhiều thành phần. Thớ dụ, khi ủẩy xylanh ủến ủiểm chặn cú thể ủiều chỉnh van an toàn, cũn sau ủú khi ủiều chỉnh tiết lưu, lượng cung cấp của bơm và một số thụng số khỏc ủược ủỏnh giỏ theo chỉ số trờn thiết bị ủo lưu lượng.
Ưu ủiểm của sơ ủồ chữ T là khụng cần thiết thỏo rời hệ thống thủy lực ủể ủặt bộ thiết bị thử , ủiều này ủảm bảo tớnh cơ ủộng cao của cụng việc chẩn ủoỏn, khắc phục khả năng làm hỏng liờn kết ống dẫn và cỏc tay ủũn cũng như giảm xỏc xuất nhiễm bẩn trong hệ thống thủy lực
2.2.2. Phương phỏp nhiệt ủộng lực học.
Tớnh chất khụng hoàn thiện của quỏ trỡnh nhiệt ủộng lực học trong hoạt ủộng của cỏc mỏy thủy lực kiểu thể tớch ủược ủặc trưng bởi entropi khụng thuận nghịch, là sự biến ủổi năng lượng cú ớch thành nhiệt và phỏt tỏn vào mụi trường xung quanh. Nhờ phõn tớch nhiệt ủộng lực học cỏc quỏ trỡnh xảy ra trong cỏc mỏy thủy lực cú thể ủỏnh giỏ lượng hao tổn năng lượng ( thể tớch, thủy lực và cơ học ) biến ủổi thành nhiệt năng trong cần bằng năng lượng chung, cú nghĩa là hiệu suất toàn phần. Theo trỡnh tự hao tổn nhiệt cú thể ủược biểu diễn qua ủộ lệch nhiệt ủộ. ðộ lệch nhiệt ủộ thực tế ủối với cỏc dạng cỡ bơm thủy lực trong cỏc trạng thỏi kỹ thuật khỏc nhau, với ỏp suất khỏc nhau nằm trong khoảng 1,5 – 16 o C. Trờn hỡnh 2.10 biểu diễn quan hệ giữa ủộ lệch nhiệt ủộ mụi chất giữa cửa vào cửa ra của bơm ∆Tn và của ủộng cơ thủy lực ∆TM với hiệu suất toàn phần η khi ∆p = 16MPa. Hiệu suất toàn phần theo
phương nhiệt ủộng lực học cú thể xỏc ủịnh với mức ủộ phức tạp khỏc nhau phụ thuộc vào dung lượng thụng tin ban ủầu và khả năng kiểm soỏt hệ thống thủy lực chẩn ủoỏn và dung lượng thụng tin ban ủầu và khả năng kiểm soỏt hệ thống thủy lực chẩn ủoỏn.
- Khi chưa biết tớnh chất của mụi chất
Ảnh hưởng của tớnh chất mụi chất lỳc này ủược tớnh bằng cỏch giỏn tiếp ủo mức tăng ( mức giảm ) nhiệt ủộ nộn ( gión ) ủoạn nhiệt của một mẫu chọn mụi chất. ðể thực hiện phương phỏp nhiệt ủộng lực học , trong trường hợp ủó cho trờn hệ thống thủy lực cần chẩn ủoỏn cần phải dẫn ra một phần nhỏ dũng mụi chất ( 01 lượng cung cấp danh nghĩa ) qua van từ khoang cú ỏp trong ủường dầu ra. Khi mắc van, dung tớch ủể ủo nhiệt ủộ ủoạn nhiệt cần phải nối liờn với mạch dầu cú ỏp. Mức tăng ( giảm ) nhiệt ủộ ủược xỏc ủịnh theo kết quả hai lần ủo.
Hỡnh 2.10: Quan hệ giữa ủộ lệch nhiệt
ủộ∆∆∆∆T vào hiệu suất toàn phần ηηηη
1- Dầu thuỷ lực BTM3; 2- Dầu thuỷ lực BTM3; ∆TH ủộ lệch nhiệt ủộ trờn bơm;
∆TM ủộ lệch nhiệt ủộ ủộng cơ thuỷ lực
- Khicú thụng tin về hệ số gión nở theo nhiệt ủộ của mụi chất
Trong trường hợp này cần ủo ủầy ủủ ủộ lệch nhiệt ủộ trờn bơm, trờn tiết lưu và ủo nhiệt ủộ trờn cửa ra của bơm hoặc cửa vào của ủộng cơ thủy lực. Sơ ủồ nguyờn lý ủo và cỏc cụng thức tương ứng ủể tớnh toỏn gớa trị hiệu suất toàn phần của cỏc mỏy thủy lực kiểu thể tớch theo kết quả nhận ủược cho trong bảng 2.1.
Bảng 2.3: Cụng thức tớnh toỏn hiệu suất toàn phần của mỏy thủy lực theo
phương phỏp nhiệt ủộng lực học
Việc tớnh toỏn hiệu suất toàn phần của cỏc phần tử lắp rỏp trờn cỏc hệ